Nat Med | Një qasje shumë-omike për hartëzimin e tumorit të integruar

Nat Med | Një qasje shumë-omike për të hartuar tumorin e integruar, peizazhin imunitar dhe mikrobik të kancerit kolorektal zbulon bashkëveprimin e mikrobiomës me sistemin imunitar
Megjithëse biomarkuesit për kancerin parësor të zorrës së trashë janë studiuar gjerësisht në vitet e fundit, udhëzimet aktuale klinike mbështeten vetëm në stadimin e nyjeve-metastazave të tumorit-limf-metastazës dhe zbulimin e defekteve të riparimit të mospërputhjes së ADN-së (MMR) ose paqëndrueshmërisë së mikrosatelitit (MSI) (përveç testimit standard të patologjisë) për të përcaktuar rekomandimet e trajtimit. Studiuesit kanë vërejtur një mungesë të shoqërimit midis përgjigjeve imune të bazuara në shprehje të gjeneve, profileve mikrobike dhe stromës së tumorit në grupin e kancerit kolorektal të gjenomit të kancerit (TCGA) dhe mbijetesën e pacientit.

Ndërsa hulumtimi ka përparuar, karakteristikat sasiore të kancerit parësor kolorektal, përfshirë qelizën kancerogulare, imunit, stromal ose natyrën mikrobike të kancerit, janë raportuar se lidhen ndjeshëm me rezultatet klinike, por ka ende kuptim të kufizuar se si ndërveprimet e tyre ndikojnë në rezultatet e pacientëve.
Për të disektuar marrëdhëniet midis kompleksitetit fenotipik dhe rezultatit, një ekip studiuesish nga Instituti i Kërkimeve Mjekësore SIDRA në Katar zhvilloi kohët e fundit dhe vërtetoi një rezultat të integruar (Microscore) që identifikon një grup pacientësh me shkallë të mirë të mbijetesës duke kombinuar karakteristikat e mikrobiome dhe konstantet e refuzimit të imunitetit (ICR). Ekipi kreu një analizë gjenomike gjithëpërfshirëse të mostrave të freskëta të ngrira nga 348 pacientë me kancer parësor kolorektal, duke përfshirë sekuencat e ARN të tumoreve dhe indet e shëndetshme të shëndetshme, të përputhura me sekuencat e tëra ekzome për të karakterizuar më tej mikrobin e thellë. Studimi u botua në Nature Medicine si "një atlas i integruar, imunitar dhe mikrobiomë i kancerit të zorrës së trashë".

Artikulli i botuar në Mjekësinë e Natyrës

Përmbledhje e AC-ICAM

Studiuesit përdorën një platformë gjenomike ortogonale për të analizuar mostrat e freskëta të tumorit të ngrirë dhe të përputhura me indet ngjitur me zorrë të shëndetshme (çifte tumor-normale) nga pacientët me një diagnozë histologjike të kancerit të zorrës së trashë pa terapi sistemike. Bazuar në sekuencat e tëra në ekzomet (WES), kontrolli i cilësisë së të dhënave ARN-seq dhe ekzaminimi i kritereve të përfshirjes, të dhënat gjenomike nga 348 pacientë u mbajtën dhe u përdorën për analiza në rrjedhën e poshtme me një ndjekje mesatare prej 4.6 vjet. Ekipi hulumtues e quajti këtë burim Sidra-Lumc AC-ICAM: një hartë dhe udhëzues për ndërveprimet imune-kancer-kancer-mikrobiome (Figura 1).

Klasifikimi molekular duke përdorur ICR

Duke kapur një grup modular të shënuesve gjenetikë imunitar për imunoserveillance të vazhdueshme të kancerit, të quajtur konstanta imune e refuzimit (ICR), ekipi hulumtues e optimizoi ICR duke e kondensuar atë në një panel me 20 gjene që mbulon lloje të ndryshme të kancerit, përfshirë melanomën, kancerin e fshikëzës dhe kancerin e gjirit. ICR gjithashtu është shoqëruar me përgjigjen e imunoterapisë në një larmi llojesh të kancerit, përfshirë kancerin e gjirit.

Së pari, studiuesit vërtetuan nënshkrimin e ICR të grupit AC-ICAM, duke përdorur një qasje të bashkë-klasifikimit të bazuar në gjenin ICR për të klasifikuar grupin në tre grupe/nëntipe imune: ICR të lartë (tumore të nxehta), ICR të mesme dhe ICR të ulët (tumore të ftohta) (Figura 1B). Studiuesit karakterizuan prirjen imune të shoqëruar me nëntipet molekulare të konsensusit (CMS), një klasifikim transkriptom i kancerit të zorrës së trashë. Kategoritë CMS përfshinin CMS1/Imunune, CMS2/Canonical, CMS3/metabolike dhe CMS4/Mesenchymal. Analizat treguan se rezultatet e ICR ishin të lidhura negativisht me shtigje të caktuara të qelizave kancerogjene në të gjitha nëntipet CMS, dhe lidhjet pozitive me rrugët imunosupresive dhe të lidhura me stromalin u vërejtën vetëm në tumoret CMS4.

Në të gjitha CM -të, bollëku i nën -tipave të qelizave të qelizave natyrore të vrasësit (NK) dhe qelizave T ishte më e larta në nëntipet e imunitetit të lartë të ICR, me ndryshueshmëri më të madhe në nëndeget e tjera të leukociteve (Figura 1C) .ICR nëntipet imune të nëntipeve të ICR -së të ndryshme, me një rritje progresive në ICR nga ICR nga e ulët në të lartë (Figura 1D), duke vërtetuar rolin prognostik të ICR në kancerin ngjyrës.

Figura 1. Dizajni i studimit AC-ICAM, nënshkrimi i gjenit të lidhur me imunitetin, nëntipet imune dhe molekulare dhe mbijetesa.
ICR kap qelizat T të pasuruara me tumor, të amplifikuar në mënyrë klonale
Vetëm një pakicë e qelizave T që infiltrojnë indet e tumorit janë raportuar të jenë specifike për antigjenet e tumorit (më pak se 10%). Prandaj, shumica e qelizave T intra-tumorale quhen qeliza T të tejkalimit (qelizat T të Bystander). Korrelacioni më i fortë me numrin e qelizave T konvencionale me TCR prodhuese është vërejtur në qelizat stromale dhe nënpopullimet e leukociteve (zbuluar nga ARN-seq), të cilat mund të përdoren për të vlerësuar nënpopullimet e qelizave T (Figura 2A). Në grupimet e ICR (klasifikimi i përgjithshëm dhe CMS), klonaliteti më i lartë i TCR-ve imune SEQ është vërejtur në grupet CMS1/imunit të nëntipit CMS1/CMS (Figura 2C), me proporcionin më të lartë të tumoreve të larta ICR. Duke përdorur të gjithë transkriptomin (18,270 gjen), gjashtë gjenet ICR (IFNG, STAT1, IRF1, CCL5, GZMA dhe CXCL10) ishin ndër dhjetë gjenet më të mira të lidhura pozitivisht me klonalitetin imunitar SEQ (Figura 2D). Klonaliteti ImmunoseQ TCR lidhet më fort me shumicën e gjeneve të ICR sesa korrelacionet e vëzhguara duke përdorur shënuesit CD8+ të përgjegjshëm ndaj tumorit (Figura 2F dhe 2G). Si përfundim, analiza e mësipërme sugjeron që nënshkrimi i ICR kap praninë e qelizave T të pasuruara me tumor, të amplifikuar në mënyrë klonale dhe mund të shpjegojnë implikimet e saj prognostike.

Figura 2. Metrika TCR dhe korrelacioni me gjenet e lidhura me imunitetin, nëntipet imune dhe molekulare.
Përbërja mikrobiome në indet e kancerit të shëndetshëm dhe të zorrës së trashë
Studiuesit kryen sekuencat e 16S rRNA duke përdorur ADN të nxjerrë nga tumori i përputhur dhe inde të shëndetshme të zorrës së trashë nga 246 pacientë (Figura 3A). Për vlefshmëri, studiuesit gjithashtu analizuan të dhënat e sekuencave të gjenit 16S rRNA nga 42 mostra shtesë të tumorit që nuk kishin përputhur ADN -në normale në dispozicion për analiza. Së pari, studiuesit krahasuan bollëkun relativ të florës midis tumoreve të përputhura dhe indeve të shëndetshme të zorrës së trashë. Clostridium perfringens u rrit ndjeshëm në tumore në krahasim me mostrat e shëndetshme (Figura 3A-3D). Nuk kishte ndonjë ndryshim domethënës në diversitetin alfa (diversiteti dhe bollëku i specieve në një mostër të vetme) midis tumorit dhe mostrave të shëndetshme, dhe një ulje modeste e diversitetit mikrobik u vërejt në tumoret e lartë të ICR në krahasim me tumoret e ulëta të ICR.
Për të zbuluar shoqatat klinike të rëndësishme midis profileve mikrobike dhe rezultateve klinike, studiuesit synuan të përdorin të dhëna për sekuencat e gjenit 16S rRNA për të identifikuar tiparet e mikrobiomës që parashikojnë mbijetesën. Në AC-ICAM246, studiuesit drejtuan një model të regresionit OS Cox që zgjodhi 41 karakteristika me koeficientë jo-zero (të shoqëruar me rrezikun e vdekshmërisë diferenciale), të quajtur klasifikues MBR (Figura 3F).
Në këtë grup trajnimi (ICAM246), një rezultat i ulët MBR (MBR <0, MBR i ulët) u shoqërua me një rrezik dukshëm më të ulët të vdekjes (85%). Studiuesit konfirmuan lidhjen midis MBR të ulët (rrezik) dhe OS të zgjatur në dy grupe të vlefshme në mënyrë të pavarur (ICAM42 dhe TCGA-CoAD). (Figura 3) Studimi tregoi një lidhje të fortë midis rezultateve endogastrike të CocCI dhe MBR, të cilat ishin të ngjashme në tumorin dhe indet e zorrës së trashë të shëndetshme.

Figura 3. Mikrobiomi në tumorin dhe indet e shëndetshme dhe marrëdhëniet me ICR dhe mbijetesën e pacientit.
Përfundim
Qasja shumë-omike e përdorur në këtë studim mundëson zbulimin dhe analizën e plotë të nënshkrimit molekular të përgjigjes imune në kancerin kolorektal dhe zbulon ndërveprimin midis mikrobiomës dhe sistemit imunitar. Sekuencimi i thellë i TCR i tumorit dhe indeve të shëndetshme zbuloi se efekti prognostik i ICR mund të jetë për shkak të aftësisë së tij për të kapur klonet e qelizave T të pasuruara me antigjen Tumor dhe ndoshta të tumorit.

Duke analizuar përbërjen e mikrobiomës së tumorit duke përdorur renditjen e gjenit 16S rRNA në mostrat AC-ICAM, ekipi identifikoi një nënshkrim mikrobiome (rezultati i rrezikut MBR) me vlerë të fortë prognostike. Megjithëse kjo nënshkrim u nxor nga mostrat e tumorit, ekzistonte një lidhje e fortë midis rezultatit të rrezikut të shëndetshëm të kolorektumit dhe tumorit, duke sugjeruar që kjo nënshkrim mund të kapë përbërjen mikrobiome të zorrëve të pacientëve. Duke kombinuar rezultatet e ICR dhe MBR, ishte e mundur të identifikohej dhe vërtetohej një biomarker studentor shumë-omik që parashikon mbijetesën në pacientët me kancer të zorrës së trashë. Të dhënat e të dhënave shumë-omike të studimit sigurojnë një burim për të kuptuar më mirë biologjinë e kancerit të zorrës së trashë dhe për të ndihmuar në zbulimin e qasjeve të personalizuara terapeutike.

Referenca:
Roelands, J., Kuppen, PJK, Ahmed, Ei et al. Një tumor i integruar, atlasi imunitar dhe mikrobiome i kancerit të zorrës së trashë. Nat Med 29, 1273–1286 (2023).